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研究背景及意义我国已于本世纪初进入老龄化社会,现有年龄60岁以上的老年人近1.60亿,是目前世界上老年人口最多的国家。骨性关节炎(Osteoarthritis, OA)逐渐成为最常见的关节慢性疾病,其中膝关节受累在临床上最为多见。现代医学认为膝关节骨关节炎(Knee Osteoarthritis, KOA)始发于膝关节软骨退行性变,关节软骨渐进性退变,逐渐出现软骨裂隙、软骨缺损,最终可致关节软骨全层磨损剥脱；同时还可累及整个关节,造成滑膜增生、软骨下骨硬化及囊变、关节周围的韧带及关节囊挛缩,关节周围肌肉萎缩等,由此产生以膝关节疼痛、关节不稳及活动功能减退为主要表现的临床症状。研究发现,基质金属蛋白酶(Matrix metalloproteinases, MMPs)对关节软骨细胞外基质(extracellular matrix, ECM)的生理及病理降解起重要作用。当软骨受损时,刺激软骨细胞分泌过量的MMPs,尤其是MMPs家族成员中最有效的Ⅱ型胶原降解酶MMP-13大量表达,导致构成软骨ECM的主要成分Ⅱ型胶原的降解增加,破坏了软骨ECM的胶原纤维网架结构,并造成软骨ECM另一种成分蛋白多糖(Proteoglycan, PG)的流失,引起软骨结构破坏和软骨细胞的凋亡,导致骨性关节炎发病。超声波在医学上的应用可以追溯至1942年,奥地利医生Dussik首次将其用于医学领域。随着对超声波作用机理的研究深入以及相关应用技术的提高,目前超声波在临床上的已经得到非常广泛的应用。低强度脉冲超声波(Low intensity pulsed ultrasound, LIPUS)的频率一般为1～3MHz,强度小于100mW/cm2,通过空化效应、机械效应以及热效应,改变细胞周围液体流向,促进营养物质的吸收和代谢产物的排出,从而纠正细胞缺氧缺血状态,增加组织营养状况,提高细胞再生能力。OA动物模型研究表明,低强度脉冲超声治疗可以明显减轻实验动物的软骨损伤程度,骨关节炎动物进行LIPUS治疗后,软骨中的MMP-13表达量下降,Ⅱ型胶原的降解速度也出现下降。研究证明,LIPUS可以促进软骨细胞合成蛋白多糖和Ⅱ型胶原,有利于关节软骨的修复。近年来,低强度脉冲超声治疗因其安全、无创、方便、经济等特点,逐渐被临床医生广泛接受,在膝骨性关节炎的临床治疗方面取得了令人满意的疗效。本文将通过构建兔膝骨性关节炎模型,研究LIPUS对兔膝骨关节炎血清中组织金属蛋白酶抑制因子2(Metalloproteinase inhibitor-2, TIMP-2)和关节软骨细胞中基质金属蛋白酶-13(MMP-13)表达的影响,探讨LIPUS对膝骨性关节炎的治疗机制；并在临床中应用低强度脉冲超声波治疗仪对轻、中度膝关节骨关节炎患者进行对照治疗,进一步探讨LIPUS在治疗膝关节骨关节炎中的临床应用价值。第一部分低强度脉冲超声波对兔膝骨关节炎血清TIMP-2和关节软骨MMP-13表达的影响目的：研究低强度脉冲超声波(LIPUS)对兔膝骨关节炎(OA)血清中组织金属蛋白酶抑制因子2(TIMP-2)和关节软骨细胞中基质金属蛋白酶-13(MMP-13)表达的影响。材料与方法：SPF级新西兰大白兔40只,体重1±0.5kg,随机挑选10只作为对照组,其余采用髌韧带内侧缺损法构建兔膝骨关节炎(OA)模型。建模后4周,各组动物耳动脉取血,ELISA检测血清TIMP-2的表达水平。分离提取各组动物软骨细胞进行体外培养,标记为对照组(Ctrl); OA模型组(OA); OA+LIPUS处理组(OA+L)。Ctr1、OA组细胞不作处理,OA+L组细胞在培养过程中接受LIPUS处理(1MHz,40mW/cm2,1次/天)。7天后收集细胞,分别提取RNA及总蛋白,Real-time PCR及免疫印迹杂交分别在mRNA和蛋白水平分析软骨细胞中MMP-13的表达水平。结果：1.采用髌韧带内侧缺损法构建兔OA模型的成功率为83%。2.ELISA的结果表明,OA动物血清中的TIMP-2含量平均比对照组低22.3%。3.OA模型组,相对于正常对照组,TIMP-2表达水平明显下调,而MMP-13的表达量则明显上调。4.经过LIPUS刺激后,TIMP-2及MMP-13的表达量趋向于正常对照组(P<0.05)结论：1.髌韧带内侧缺损法构建兔OA模型是一种成熟的方法,其建模成功率较高,软骨生化指标与人类OA也较为一致。2.OA模型组血清TIMP-2的表达量显著下调。3.在原代细胞中,相对与正常对照,OA组TIMP-2下调,MMP-13上调,而经过LIPUS刺激后,TIMP-2和MMP-13的水平趋向于正常对照组。第二部分低强度脉冲超声波在治疗膝骨关节炎中的临床疗效评价目的：应用低强度脉冲超声波(LIPUS)治疗仪治疗膝关节骨关节炎(KOA)患者,探讨LIPUS在治疗膝关节骨关节炎中的临床应用价值。材料与方法：选取2014年7月至2015年12月在聊城市第三人民医院骨科门诊及病房就诊,符合膝关节X线片分期标准Ⅰ～Ⅲ期的膝关节骨关节炎患者120例,按照随机法则分为LIPUS治疗组60例,对照组(无LIPUS治疗)60例。分别接受为期6周的治疗。记录治疗前后两组患者的VAS评分、HSS评分和SF-36生存质量评分。按照受试者的X线片分期,对VAS评分、HSS评分及SF-36生存质量各维度的评分记录结果进行各类整理、统计学分析。结果：1.治疗组的整体VAS评分、HSS评分及SF-36评分治疗后优于对照组,前后评分对比具有统计学差异；对照组的治疗前后评分差别不显著。2.按照不同膝关节X线分期,不同疼痛程度,以及不同膝关节功能等级分别比较,LIPUS治疗组患者的关节疼痛VAS评分均有明显降低(P<0.05)。同类对照组的差异则不显著(P>0.05)。3.Ⅰ～Ⅱ期、轻中度疼痛、膝关节功能评级为优和良的患者LIPUS治疗后的HSS评分较治疗前明显提高(P<0.05)；但对于Ⅲ期,重度疼痛和膝关节功能评级为中的患者治疗前后的HSS评分变化不明显(P>0.05)。4.治疗前后的SF-36量表总分及其8个维度评分比较显示,LIPUS治疗对于缓解身体疼痛(BP)效果最为明显,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期患者治疗后均有显著改善；Ⅰ、Ⅱ期患者LIPUS治疗后,在大部分维度内均有明显效果,但在RP、RE这两个维度内效果不明显；Ⅲ期患者中,除BP维度外,其它维度均无明显改善。结论：1. LIPUS治疗对减轻膝骨性关节炎患者的关节疼痛具有明显疗效：2. LIPUS治疗对于Ⅰ～Ⅱ期、轻中度疼痛和膝关节功能较好的膝骨关节炎患者具有良好的治疗效果,能够明显改善其膝关节功能；但对于Ⅲ期,重度疼痛和膝关节功能较差的患者疗效不佳；3.LIPUS治疗可明显改善Ⅰ、Ⅱ期膝骨关节炎患者的生存质量,对于减轻患者关节疼痛方面具有明显优势；4.Ⅲ期患者接受LIPUS治疗后,除关节疼痛症状明显减轻外,膝关节功能和生存质量并无明显改善。